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  • 科研進展

    NC: 最新的氣候模式高估了未來亞非季風區夏季降水和總徑流量的增幅

      適應和減緩氣候變化需要利用氣候模式進行未來變化預估?;凇耙蝗艘黄薄钡摹澳J矫裰鳌痹瓌t進行多模式集合(MME),是包括“政府間氣候變化專門委員會”(IPCC)科學評估報告在內的科學界常用的方法。但是,這種作法在應用于最新的、以CMIP6(耦合模式比較計劃第六階段)為代表的氣候模式時面臨挑戰,原因是受氣候系統復雜過程的參數化中存在的不確定性因素影響,最新的氣候模式許多存在“對溫室氣體的敏感度過高”、“模擬的溫度變化過熱”等問題。為解決這一問題,IPCC第六次評估報告針對全球平均溫度等的預估提出了基于觀測證據對CMIP6結果進行約束的技術。但是,如何在區域尺度上解決CMIP6模式氣候敏感度過高所造成的預估偏差問題,科學界尚沒有統一的、行之有效的方法。2022年5月10日,中國科學院大氣物理研究所LASG國家重點實驗室科研團隊在《自然-通訊》撰文,指出受對當前增暖空間型模擬偏差的影響,最新的氣候模式顯著高估了未來亞非季風區的夏季降水和總徑流量的增幅;通過設計一種基于觀測數據的、物理意義清晰的“萌現約束”方法,約束后的亞非季風區的區域平均降水增幅只有原始結果約70%。

      亞非季風系統是全球季風系統的重要組成部分,包括東亞、南亞和西非季風。亞非季風區數十億人口的水資源來自夏季風降水。亞非季風的未來變化,將會對水資源和糧食產量造成顯著影響。因此,準確預估亞非季風區的降水變化,對于開展氣候變化影響和適應評估、制定減緩策略等至關重要。IPCC第六次評估報告指出在不同的排放情景下,未來亞非季風區的降水將普遍增多,但是受模式的氣候敏感度偏差等的影響,預估結果尚存在較大的不確定性。中國科學院大氣物理研究所學者發展了一種適用于亞非季風降水的“萌現約束”技術,基于多套可靠的觀測資料,對CMIP6模式的預估結果進行約束訂正,顯著提高了亞非季風區夏季降水預估結果的可靠性。
      該研究發現,在SSP5-8.5和SSP2-4.5情景下,CMIP6模式對亞非季風區夏季降水中長期(2050-2099)變化的預估不確定性,主要與歷史升溫空間分布的模擬偏差有關:氣候敏感度越高的模式,其歷史氣候模擬中北半球的升溫幅度比南半球越強,對應的亞非季風環流的變化也越強,預估的未來季風降水變化的增幅也越大?;谟^測數據,通過半球間熱力差這一指標來對夏季降水預估結果進行約束校正,發現原始的CMIP6模式顯著高估了亞非季風區夏季降水的增幅,而采用約束校正后,預估的亞非季風區平均降水未來(2050-2099)較之參考態(1965–2014)的增幅僅是CMIP6模式原始結果的70%,減少最大的是西非季風區,約為原始值的49%。
      降水變化還影響到徑流量的變化?;诮邓涂倧搅髁恐g的聯系,利用約束后的降水預估數據來估算總徑流量的變化,發現未來總徑流量顯著增多的區域面積占比僅為原始結果的66%,其中受影響最大的是西非季風區。
      該研究表明,受氣候模式在增暖空間型模擬上的偏差影響,最新的氣候模式普遍高估了未來亞非季風區降水的變化,約束后的預估結果表明亞非季風區的降水和總徑流量增加不像原始結果那么強烈,但由于總徑流量與可用水資源直接相關,這也給水資源管理提出新的問題。
      該研究工作受到國家重點研發專項(2020YFA0608904,2018YFA0606501)和國家自然科學基金項目(41988101)共同資助。論文第一作者為博士生陳梓明,通訊作者為周天軍研究員。
      引用:Ziming Chen, Tianjun Zhou*, Xiaolong Chen, Wenxia Zhang, Lixia Zhang, Mingna Wu, Liwei Zou. 2022. Observationally constrained projection of Afro-Asian monsoon precipitation. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-30106-z
    圖1 SSP5-8.5情景下預估的降水(a1~d1)和總徑流量(a2~d2)變化的空間累積概率密度分布(PDF)圖。PDF中填色的部分以及旁邊的數字表示未來降水或徑流量顯著增多的面積占比。紅色和藍色分別表示約束后和約束前的結果。底圖的填色表示約束后與約束前的差值。
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